Podzolisatie: nieuwe ontwikkelingen - nieuwe concepten

Peter BUURMANNBV 8 mei 2008

Het podzol profiel

Het podzol profielO

E

Bh

Bs

C

AhC

Al

Fe

Podzol ontwikkeling

litter

EAh

Bh

Bs

C

Te verklaren (morfologie):

• Vorming van humuslaag

• Verandering in Ah dikte

• Eerste vorming van B horizon

• Vorming van E uit B (en A)

• Differentiatie van B in Bh en Bs

• Humus banden onder Bs

Te verklaren (andere eigenschappen):

• Grote variatie in verblijftijd van humus

• monomorfe en polymorfe OM

• allofaan in sommige podzols

• grote variatie in organische chemie van B horizont

Zonale (boreale) podzols hebben

• weinig humus accumulatie (humuspodzols – Fe podzols)

• geen Bh/Bs (Al-Fe) differentiatie

Transport en accumulatie modellen

• Fulvaat theorie

• Allofaan theorie

• LMW zuren theorie

Transport en accumulatie modellen

• Fulvaat theorie

• fulvozuren zijn verantwoordelijk voor transport en accumulatie van metalen (en OM)

• precipitatie wanneer verzadigd met metaalionen (vaste C/Me ratio)

Transport en accumulatie modellen

• Allofaan theorie

• allofaan vormt in A horizonten

• wordt getransporteerd en slaat neer in B –horizonten (pH)

• DOC slaat neer op allofaan coatings

Transport en accumulatie modellen

• LMW zuren theorie

• LMW zuren zijn verantwoordelijk voor Me transport

• precipitatie is het gevolg van LMW afbraak

• metalen worden overgedragen naar HMW zuren

Transport en accumulatie: synthese

Humificatie van strooisel:

• humificatie organische zuren

• organische zuren zijn oplosbaar in water

• zuren lossen mineralen op en binden Al en Fe

LMW zuren blijven in oplossing met gebonden metalen

• Ze worden tijdens transport afgebroken

• Metalen worden overgedragen naar HMW zuren

• HMW-metaal complexen slaan neer.

LMW zuren

oxalicglucuronic

vanillic

LMW zuren in Podzol

en

Dystric Cambisol

Bruckert, 1970

Precipitatie van humus en sesquioxiden

Precipitatie van metalen

• decompositie van het complex

• precipitatie met humus (typische C/M+ ratios)

Precipitatie van humus

• Precipitatie met metalen

• Precipitatie van niet-complexerend OM op penetratiediepte

pH effect

pH beïnvloedt oplossen in neerslaan

• dissociatie van OM (C/M+ ratio’s)

• hydroxylatie van metalen – Al(OH)2+, Al(OH)+

• dus: verandering preferente complexatie met pH p

Preferente complexatie:

• podzols in zand hebben Al maximum boven Fe maximum (pH daalt met de tijd)

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

stuifmeelprofielen

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

buffercapaciteit

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

microbiële afbraak

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

preferente complexatie

Al-humus is stabieler dan Fe-humus

Podzol ontwikkeling

• vorming van strooisellaag

• verandering Ah dikte

• Vorming eerste Bh

• Vorming van E uit B

• Differentiatie van B

• Humus banden onder B

O

Bhs

Bh

EAh

C

niet-complexerend OM

Rond, of toch niet?

Micromorfologie spreekt dit beeld tegen

Micromorfologie – OM coatings

Nederland

Nieuw Zealand

Micromorfologie – pellets

Nederland

Coatings en pellets

Coatings domineren in

• hydromorfe B horizonten (incl tropische laagland podzols)

• humus banden onder de B

• gecementeerde horizonten

Pellets domineren in

• alle goed gedraineerde B-horizonten

• alle boreale podzols

• alle podzols op rijke moedergesteenten

Coatings en pellets

Coatings zijn afkomstig van ingespoeld OM

Pellets worden gevormd door afbraak van wortels

Goed gedraineerde B-horizonten hebben veel wortels

Slecht gedraineerde hebben weinig of geen wortels

In bewortelde horizonten, wortel OM >> DOM

Wortels en de podzol-B

In de meeste podzols is wortel-OM veel belangrijker dan ingespoelde OM

OM inspoeling is NIET het dominante proces in podzol-B horizonten

Hoe kunnen we E en B-horizonten verklaren als illuviatie niet domineert?

Wortels en E-B horizonten

Eluviatie van metalen wordt veroorzaakt door DOM

• E horizonten bevatten geen nutriënten (of water)

• wortels volgen nutriënten

• percolerende LMW zuren verwijderen metalen uit top B

• top B wordt afgebroken en beweegt neerwaarts

• wortels volgen – sterven af

Eluviatie domineert !

Relative accumulatie

Sommige podzols worden gedomineerd door OM, andere door Fe (en Al)

Accumulatie van OM wordt bepaald door verblijftijd (MRT = 1/kh)

• korte verblijftijd - goed gedraineerd, rijk

• lange verblijftijd – arm

Al toxiciteit

hydromorfie

Relative accumulatie

Veel nutriënten in:

• boreale podzols (keileem) (MRT 500-1000 jr)

• gebergte-podzols op rijke gesteenten

Weinig nutriënten in:

• intrazonale podzols (MRT up to 20000 jr)

• kwarts zanden (MRT 2000-3000 jr)

• hydromorf

Absolute accumulatie in B

OM accumulatie hangt af van verblijftijd

• accumulatie eindigt wanneer profiel ouder is dan MRT (dynamiek gaat door)

• MRT verandert met profielontwikkeling (pH, Al)

Pool build-up of SOM

Van Breemen & Buurman, 2002

veel nutriënten

weinig nutriënten, hydromorfie

Absolute accumulatie in B

OM accumulatie hangt af van verblijftijd

• accumulatie eindigt wanneer profiel ouder is dan MRT

• MRT verandert met profielontwikkeling (pH, Al)

Metaal accumulatie hang af van:

• metaalgehalte moedergesteente

• tijd van ontwikkeling (accumulatie gaat door zolang E-horizont groeit)

Humus podzols en IJzerpodzols

Humus podzols hebben lange OM verblijftijd

Fe-podzols hebben korte OM verblijftijd en Fe-rijk moedermateriaal

Hydromorfe podzols hebben veel neergeslagen, niet gecomplexeerde DOC

Buurman & Jongmans, 2005

Podzol humus

Eluviatie/illuviatie geven een incompleet beeld van podzol OM

Separatie van fulvozuren en huminezuren geeft geen beter begrip

Veel vroeg onderzoek werd uitgevoerd aan DOC en losse B horizonten

Podzol humus vertoont een grote laterale en vertikale variatie die alleen begrepen kan worden in context van vegetatiegeschiedenis en landschap.

‘Datering’ van podzols

Zijn podzols een cultuurverschijnsel?

Volgens sommigen is de podzolvorming pas begonnen na het ontstaan van heidevelden

Kan 14C datering uitkomst bieden?

‘Datering’ van podzols

Podzol OM bouwt op gedurende een groot aantal jaren

Bij afwezigheid van afbraak zou de gemiddelde leeftijd van OM in een horizont nooit ouder kunnen zijn dan de helft van het aantal verstreken jaren

Afbraak van humus geeft een nog sterkere vertekening

Effect van kh op gemiddelde OM ‘ouderdom’

MRT = Mean Residence Time = 1/kh

0.5 x

0.5x zonder SOM

afbraak

In NL gemeten 14C ouderdommen

Soort podzol n 14C ouderdom

Goed gedraineerd 5 840-2430

Slecht gedraineerd 3 2370-3860

Begraven 5 2170-3860

‘Datering’ van podzols

Podzols zijn veel ouder dan heidevelden

Grootste ‘gereconstrueerde’ ouderdom >8000 jr

Moeten we podzols beschermen?

Door diepploegen, diepspitten en bosaanplant zijn veel podzols verstoord

Ook huidige beheersmaatregelen in natuurterreinen tasten de podzols aan

N-depositie/bemesting veroorzaakt afbraak B-horizont

Einde

Bos 6

Selective decay by fungi

Selective decay by fungi - sampling

Set-up:

• sampling of depleted spots and immediate surroundings in various horizons

• NaOH-extraction of SOM

• pyrolysis-GC/MS

•168 chemical fragments

• quantification

• pair-wise comparison

Isotopic differentiation

All studied podzols are covered by C3-vegetation

• compounds have different 13C signatures

• more positive: N-compounds

• more negative: aliphatics, phenols

• selective decay causes shift in 13C contents

Isotopic differentiation

podzols

-34 -33 -32 -31 -30 -29 -28 -27

delta 13C

TON1

TON2

TON3

TON4

TON5

O

Ah

E1

E2/EB

Bh1

Bh2

Bh3

bands

* mosslichensalgae

* Erica,Molinia

* DOC

Podzols Tongeren, NL

unpublished

input

Dutch and Michigan podzols

Michigan podzols have relatively ‘fresh’ SOM

• no relative accumulation of aliphatics

• relatively little lignin

• charcoal in B-horizon! (transport)

• more N-compounds (with phenols: protein)

• Dutch Galgenberg podzol

• less root influence

• more decomposition

• E-horizon chemically more developed

Extras

Opgrimbie, B

Australia

Malaysia, coastal

Indonesia, ignimbrite (2000 m)

Brazil, coastal podzols

Brazil, coastal podzols

Hydromorphic, NL

Hydrosequence, NL

Hydrosequence, F, humus dynamics

coatingspellets